Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Terahertz Optoelectronics, Ministry of Education, Department of Physics, Capital Normal University, Beijing 100048, China
2 Department of Electronics and Information Engineering, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
With the framework of exterior product, we investigate the relationship between composite multiscale entropy (CMSE) and refractive index and absorption coefficient by reanalyzing six concentrations of bovine serum albumin aqueous solutions from the published work. Two bivectors are constructed by CMSE and its square by the refractive index and absorption coefficient under vectorization. The desirable linear behaviors can be captured, not only between the defined two bivectors in normalized magnitudes, but also between the normalized magnitude of bivectors pertinent to CMSE and the magnitude of a single vector on the refractive index or absorption coefficient, with the processing of optimum selection. Besides that, the relationship between the coefficients of two bivectors is also considered. The results reveal that plenty of sound linear behaviors can be found and also suggest the scale of 15, 16 and frequency of 0.2, 0.21 THz are prominent for those linear behaviors. This work provides a new insight into the correlation between terahertz (THz) time and frequency domain information.
bivector refractive index absorption coefficient terahertz composite multiscale entropy linear behavior Chinese Optics Letters
2022, 20(6): 063701
L-苯丙氨酸和L-酪氨酸在合成神经递质和激素的过程中起到了重要的作用。 这两种氨基酸具有极为相似的分子结构, 但在生物功能上却具有明显区别。 前人的研究表明, 这两种氨基酸在低频振动上存在显著差异。 近年来, 太赫兹(THz)光谱学技术作为研究生物分子低频动力学的有效手段被广泛应用, 通过太赫兹光谱对氨基酸进行研究, 对进一步了解蛋白质和相关生物活性具有重要意义。 多变量校准方法已成功应用于太赫兹多组分光谱数据定量分析研究中。 然而, 传统校准技术由于仅在光谱和目标之间建立单个模型预测未知样品, 其预测性能有时仍不尽人意。 因此, 具有更好精度的集成建模方法(ensemble modeling method)应运而生。 集成建模的基本概念是组合多个单独模型的优势以产生更好的预测结果。 由黄锷博士提出的经验模态分解(EMD)的方法, 可以将信号自适应地分解为一系列的本征模式函数(IMF), 成功地应用于信号和光谱处理中。 基于该方法的信号分析也已在太赫兹波段开始使用。 然而, 在对物质进行定量分析的过程中, 目前还没有报道基于EMD方法的太赫兹光谱偏最小二乘(PLS)回归的相关工作。 提出了一种基于PLS的EMD分析, 并对不同浓度氨基酸混合物的太赫兹光谱进行了定量研究。 具体而言, 原始的太赫兹时域信号首先通过EMD手段在不同频段被分解为一系列的IMF和一个残差函数。 随后, 将前几个IMF相加作为一个整体(此处研究了前两、 三、 四和五个IMF叠加的结果), 对其进行吸收光谱的重建。 最后, 建立PLS回归模型, 用于进一步的物质定量分析。 预测结果表明, 与原始吸收光谱及其他分解后重组光谱的PLS结果相比, 基于前四个IMF信号之和的吸收谱具有更高的R(0.9961)和最小的RMSEP(0.019 8)。 由此可知, EMD-PLS法可以在太赫兹波段对两种氨基酸混合物进行有效地定量分析, 实现较为理想的预测精度。
太赫兹 经验模态分析 偏最小二乘法回归 氨基酸 Terahertz Empirical mode decomposition Partial least squares Amino acids 光谱学与光谱分析
2020, 40(10): 3061
1 山西大学电子信息工程系, 山西 太原 030006
2 首都师范大学太赫兹波谱与成像北京市重点实验室, 北京 100048
3 首都师范大学太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
4 首都师范大学物理系, 北京 100048
太赫兹辐射因其具有独特的空间传输优势以及大气敏感特性,具有很大的应用潜力。总结了国内外各大研究机构近年来在太赫兹空间探测方面的研究进展,简述了大型太赫兹地基、空基、天基探测平台的结构参数、工作环境及探测结果,并对不同探测平台的研究结果进行了对比,分析了不同太赫兹遥感设备的特点,提出了太赫兹在空间探测方面的应用前景和未来的发展趋势等。太赫兹空间探测将是一个实用性很强的研究领域,可以获取光学和微波所不可探测的信息,太赫兹空间探测技术的发展将为高分辨空间遥感奠定重要的研究基础。
太赫兹 空间探测 地基 机载 星载 激光与光电子学进展
2019, 56(18): 180004
1 山西大学电子信息工程系, 山西 太原 030013
2 首都师范大学物理系 太赫兹波谱与成像北京市重点实验室 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
太赫兹雷达散射特性的研究对于目标识别、跟踪以及截获有重要意义.设计了0.22 THz频率步进雷达散射截面(Radar Cross section, RCS)测量系统, 提出了针对频率步进太赫兹雷达信号体制下, 角反射器RCS的提取方法.采用实验与仿真相结合的方式, 得到了单个角反射器和角反射器组在4°范围内的太赫兹雷达散射截面.结果表明, 角反射器类目标的RCS实验测量结果与理论计算结果在误差范围内一致性较好, 为进一步精确测量目标在太赫兹波段的散射特性奠定了研究基础.
太赫兹 目标特性 雷达散射截面 频率步进 THz target properties radar cross section stepped-frequency
1 北京理工大学 光电学院, 北京 100081
2 首都师范大学 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京市太赫兹波谱与成像重点实验室, 北京 100048
研究设计了一种0.2 THz的步进频率雷达成像系统,带宽12 GHz,并利用逆合成孔径技术对物体进行二维高分辨成像。针对系统设计参数进行Matlab仿真,获得简单转台目标的二维逆合成孔径雷达图像。仿真结果表明,太赫兹雷达成像系统可实现目标的二维高分辨成像,横向和纵向距离可以达到cm级分辨率。
太赫兹雷达 步进频率 二维像 逆合成孔径雷达 terahertz radar stepped frequency two-dimensional image inverse synthetics aperture radar
北京市太赫兹波谱与成像重点实验室, 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 首都师范大学物理系, 北京 100048
利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对11种常见毒品进行了实验探测并得到它们在0.2~2.6 THz范围内的吸收谱, 然后利用径向基(RBF)神经网络对11种毒品的太赫兹吸收光谱进行了训练和识别。训练和识别的光谱在输入网络之前都经过归一化处理, 识别率达到了96%。RBF神经网络模型是用Matlab语言编制。识别结果表明, 利用RBF神经网络可以实现对不同种类毒品的识别, 而且训练和识别的速度非常快, 几乎是实时的。这也是RBF神经网络优于误差逆传播(BP)神经网络和自组织特征映射(SOM)网络的特点。因此, RBF神经网络为太赫兹技术用于毒品的检测和识别提供了一种有效而快捷的方法。
光谱学 毒品识别 太赫兹吸收光谱 径向基神经网络
采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对2种常见消炎用粉针类药品和4种胶囊、片剂、冲剂类药品进行实验研究并得到它们在0.2~2 THz频率范围的特征吸收光谱, 对这些光谱进行了分析比较, 用支持向量机(SVM)对太赫兹吸收光谱进行了识别分类。首先, 用归一化预处理后的6种药品的太赫兹吸收光谱训练libsvm模型; 然后, 选用与训练光谱不同时间测得的6种药品太赫兹吸收光谱作为检测光谱, 经过归一化预处理后分别输入到训练好的libsvm模型中进行识别。研究表明, 各种药物由于其化学成分的不同, 显示出不同的太赫兹吸收光谱。用支持向量机可以实现对不同种类药品的识别。这些结果为太赫兹光谱技术用于药品的检测和识别提供了另一种有效的方法。
光谱学 药品识别 太赫兹吸收 光谱 支持向量机